鋼筋混凝土橋梁的病害類型及加固方法研究

劉若晨

（中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司濟(jì)南設(shè)計(jì)院，山東 濟(jì)南 250000）

1 鋼筋混凝土橋梁的病害類型與影響

1.1 混凝土碳化

大部分橋梁的材質(zhì)都是混凝土，而該類橋梁承受能力下降的主要原因就是混凝土發(fā)生了碳化。針對(duì)這一現(xiàn)象，深入研究，發(fā)現(xiàn)碳化反應(yīng)能轉(zhuǎn)變混凝土的成分，從而改變其性能。這一反應(yīng)的發(fā)生則是在攪拌混凝土的過程當(dāng)中生成了硅酸二鈣、氫氧化鈣以及硅酸三鈣等多種水化產(chǎn)物，以上產(chǎn)物又能與二氧化碳進(jìn)一步產(chǎn)生反應(yīng)，生成了某些與混凝土成分相比，強(qiáng)度較低的物質(zhì)。

1.2 鋼筋銹蝕

目前我國(guó)大部分橋梁都是使用鋼筋和混凝土建設(shè)而成的，剛生產(chǎn)的鋼筋固然牢固，但在空氣中暴露過久，并經(jīng)歷風(fēng)吹雨打，往往會(huì)發(fā)生銹蝕，造成結(jié)構(gòu)老化進(jìn)進(jìn)一步，導(dǎo)致橋梁損傷。該類型的橋梁損傷普遍存在，一旦鋼筋銹蝕，橋梁必定面臨使用年限縮短的問題，而考慮到安全性能，往往需要未雨綢繆，對(duì)其開展加固工作。

1.3 裂縫

鋼筋混凝土橋梁老化的首要表現(xiàn)即產(chǎn)生裂縫，而按照不同的樣式，又可對(duì)裂縫進(jìn)行劃分，其一為超越混凝土承受范圍而開裂，其二為原始材料劣質(zhì)或使用不當(dāng)造成的開裂。無論何種原因，正常橋面一旦出現(xiàn)明顯的裂縫，都會(huì)影響橋梁的承受能力，而過分嚴(yán)重的裂縫，將會(huì)使橋梁面臨危險(xiǎn)。當(dāng)然混凝土承受拉力的支點(diǎn)往往都會(huì)出現(xiàn)細(xì)小的裂痕，這是正?，F(xiàn)象，其會(huì)降低鋼筋混凝土的強(qiáng)度，逐漸會(huì)延伸為更大的裂痕，并造成新的損傷，這也是值得關(guān)注的。

1.4 附屬設(shè)施損傷

（1）橋面鋪裝層損傷：瀝青類鋪裝層損傷（泛油、松散露骨、裂縫、凸凹、車轍等）；混凝土鋪裝層損傷（磨光、脫皮露骨、裂縫、坑槽等）。

（2）橋梁支座損傷：支座一旦遭受破壞，會(huì)導(dǎo)致橋梁的受力體系失衡，造成危險(xiǎn)的情況。究其根本是在發(fā)生變形時(shí)，其能提供一個(gè)緩沖的空間，對(duì)基部的橋墩發(fā)揮著保護(hù)的作用。

（3）橋梁排水設(shè)施損傷：導(dǎo)致漏水、積水等。

（4）人行道的損傷：混凝土剝落、人行道板斷裂銹蝕等。

（5）混凝土護(hù)欄損傷：斷裂、剝落、銹蝕等。

2 鋼筋混凝土橋梁的加固方法

2.1 上部結(jié)構(gòu)加固

2.1.1 橋面加固

如果橋面鋪裝層遭受嚴(yán)重破壞，發(fā)生斷裂的情況，通常需要重新鋪筑橋面，該方法也被稱為橋面補(bǔ)強(qiáng)層加固法，但其使用頻率較低。而大多數(shù)情況，其損傷程度不嚴(yán)重，面積和裂縫都較小，往往只需對(duì)部分橋面進(jìn)行維護(hù)，保證橋面的平整，可使用局部維修加固法。除此之外，還可以采取粘結(jié)劑修補(bǔ)或者涂抹水泥砂漿等措施進(jìn)行修補(bǔ)。而針對(duì)具體的混凝土鋪裝層，可通過噴射或者澆灌混凝土的方式進(jìn)行修復(fù)。

2.1.2 主梁加固

（1）增大梁截面和配筋加固法

所謂增大梁截面和配筋加固法也稱外包混凝土加固技術(shù)，其方法是增大構(gòu)件的截面和配筋，即提高混凝土的尺寸及添設(shè)受力鋼筋的數(shù)量，從而提高構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度等，同時(shí)也可以運(yùn)用到裂縫修補(bǔ)中。雖然該方法存在繁冗的操作過程，但其優(yōu)越的加固效果使得運(yùn)用的范圍大大提升，其中最常用的有梁、柱、板、拱橋等構(gòu)件。

（2）粘貼鋼板加固法

如果橋梁存在承載力不足或出現(xiàn)嚴(yán)重銹、裂縫等問題，就可以考慮采用粘貼鋼板加固法。其工作原理利用粘結(jié)劑和錨栓，將大跨度結(jié)構(gòu)的受拉緣和薄弱部位進(jìn)行粘結(jié)，使其與鋼筋混凝土形成一個(gè)固定的整體結(jié)構(gòu)，把鋼板補(bǔ)強(qiáng)鋼筋進(jìn)行加固。粘貼鋼板加固法擁有工藝簡(jiǎn)單易操作、性能良好、材料消耗小等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于受彎及受拉構(gòu)件。但同時(shí)也對(duì)膠粘劑的材料性能提出了要求，一般彈性模量高的膠粘劑加固效果更佳。

（3）粘貼碳纖維加固法

粘貼碳纖維加固法采用碳纖維(CFRP)的高性能結(jié)構(gòu)膠粘貼在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)表面，碳纖維的抗拉強(qiáng)度大使橋梁的承載能力和剛度進(jìn)一步提升，適用于橋墩橋樁、煙囪等結(jié)構(gòu)的加固，其施工質(zhì)量可保證性、施工效率高也是粘貼碳纖維加固法的優(yōu)勢(shì)所在。

（4）體外預(yù)應(yīng)力加固法

體外預(yù)應(yīng)力體系包括體外預(yù)應(yīng)力索、索轉(zhuǎn)向裝置等。而體外預(yù)應(yīng)力加固法是指在橋梁裂縫處形成預(yù)應(yīng)力，從而改變橋梁受力結(jié)構(gòu)。該方法工期短，經(jīng)濟(jì)效益高，可在橋梁不停運(yùn)下進(jìn)行加固，所以梁式橋普遍采用該方式加固構(gòu)件。在實(shí)際情況中，應(yīng)考慮外部環(huán)境的干擾因素，銹蝕情況時(shí)有發(fā)生。

（5）改變結(jié)構(gòu)受力體系法

對(duì)問題橋梁采用增加附屬構(gòu)件數(shù)量和技術(shù)改造的途徑的加固方法成改變結(jié)構(gòu)受力體系法。簡(jiǎn)單來說，增設(shè)支點(diǎn)后的橋梁受力情況有所改變，在一定程度上有效限制了舊橋撓曲變形，橋梁承載能力大幅提升。

2.2 下部結(jié)構(gòu)加固

2.2.1 擴(kuò)大基礎(chǔ)加固法

利用橋梁的基礎(chǔ)擴(kuò)大底面積的途徑被稱作擴(kuò)大基礎(chǔ)加固法。將橋梁基礎(chǔ)承載力不夠的問題通過基礎(chǔ)位置的加大開挖的方式處理。如果橋梁地基堅(jiān)實(shí)，存在不均勻沉降現(xiàn)象，便可采用該方法進(jìn)行加固，但由于花費(fèi)大，加固效果不可控等，施工要求也隨之提升。

2.2.2 增補(bǔ)樁基加固法

顧名思義，增補(bǔ)樁基加固法通過增設(shè)鉆孔樁的數(shù)量在整體構(gòu)件上穩(wěn)固擴(kuò)大其承載范圍。通常被應(yīng)用在墩臺(tái)沉降問題上。其工作特點(diǎn)是無需抽水筑壩等就能得到良好的加固效果。但不足之處在于如果需要水下施工，則需要考慮新舊承臺(tái)連接問題，導(dǎo)致施工難度激增。

2.2.3 高壓旋噴注漿加固法

高壓旋噴注漿加固法工作原理較其他幾種方法復(fù)雜，首先需要通過鉆機(jī)把噴嘴注漿管打進(jìn)事先測(cè)算的位置，提高速度并旋轉(zhuǎn)注漿管，再利用噴嘴里迸射的高壓漿液和水共同破壞土質(zhì)，攪碎土層至呈現(xiàn)顆粒狀，混合攪拌，待漿液凝固后即成高強(qiáng)、抗?jié)B的固結(jié)體，最后達(dá)到加固地基的目的。高壓旋噴注漿法的用途廣泛，主要運(yùn)用于舊橋墩臺(tái)的加固，以其質(zhì)量可靠、效果顯著，成本低廉，加固效果明顯，施工便捷等優(yōu)勢(shì)，在當(dāng)下已漸漸轉(zhuǎn)變?yōu)槲覈?guó)常用的基本加固方法。

2.2.4 鋼筋混凝土套箍及護(hù)套加固法

如果橋梁的墩臺(tái)存在基礎(chǔ)埋深不足及質(zhì)量管控放松等情況引起墩臺(tái)開裂甚至貫通裂縫，可以考慮鋼筋混凝土套箍及護(hù)套加固法。鋼筋混凝土套箍的工作原理是通過將墩臺(tái)墩身分成上、中、下三個(gè)部分，在各個(gè)部分上利用鋼筋混凝土建立圍帶和鋼箍。該加固方法主要應(yīng)用范圍是橋梁墩臺(tái)的損壞或者小型裂縫。一旦存在嚴(yán)重、大量的風(fēng)化、裂縫和損壞時(shí)，必須對(duì)整個(gè)墩臺(tái)進(jìn)行護(hù)套加固措施，以免橋梁坍塌情況發(fā)生。

3 結(jié)語

我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展導(dǎo)致了交通超負(fù)荷運(yùn)載，如果交通網(wǎng)絡(luò)無法及時(shí)進(jìn)行配套升級(jí)，舊橋需要承受巨大的荷載量，橋梁耐久度受損，其潛在的安全問題不可忽視。最近，常有新聞報(bào)道橋梁坍塌事件，事故牽連了數(shù)條寶貴的生命，橋梁的超負(fù)荷運(yùn)行問題岌岌可危，加固方法的研究仍需要更加深入并加以完善，從而為橋梁安全提供保障。